[发明专利]卵砾石河床透水层渗流量测量计算方法

说明书

本发明公开的是水利水电工程领域的一种卵砾石河床透水层渗流量测量计算方法。该方法包括以下步骤，首先测量枯水期河道浅水情况下的水面比降，然后挖掘试坑分析卵砾石透水层深度及宽度、孔隙率和床沙颗粒级配，并按照采样级配和孔隙率铺设卵砾石层进行渗流模型试验，根据试验数据拟合得出渗流计算参数，按模型相似原理放大得到卵砾石河床的渗流量。该方法弥补了水利水电工程领域卵砾石河床透水层渗流量测量计算领域空白，从而能够在水电站释放最小生态流量等设计计算中考虑卵砾石透水河床的渗流量，将有利于河流或者湖泊维持水环境生态系统平衡。

技术领域

本发明涉及水利水电工程领域，尤其涉及一种卵砾石河床透水层渗流量测量计算方法。

背景技术

《水污染防治行动计划》(简称“水十条”)提出，要科学确定生态流量，加强江河湖库水量调度管理，维持河流湖泊生态用水需求，重点保障枯水期生态基流。当河床中卵砾石透水层较厚，而河道水流水深较浅时，卵砾石透水层中的渗流量甚至会大于河床以上的水流流量；电站大坝建成拦水后释放较小的生态流量通过较厚的卵砾石河床时，部分流量以渗流的方式在河床床面以下流动，导致区域内保持生态环境所需要的生态基流不足，卵砾石透水河床渗流过流问题应在工程设计中引起重视。

我国西南山区河流河床多由卵砾石组成，河床表面一定厚度的卵砾石层具有较强的透水性，一部分水流将以渗流的方式在卵砾石空隙中流动。受限于河床卵砾石层中渗流水力特性的复杂性、现有技术水平和实践认识，目前只能测量计算河床以上的流量，在工程实践中大部分也只考虑了河床以上的水流量，而忽略了卵砾石透水层中的渗流量。卵砾石层中渗流量的测量计算无类似工程和研究成果可供借鉴，缺乏卵砾石河床渗流量测量计算方法。

发明内容

为克服现有技术无法对卵砾石透水层渗流量进行测量计算，设计的生态流量偏小导致生态平衡破坏等不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种准确度较高的卵砾石河床透水层渗流量测量计算方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：卵砾石河床透水层渗流量测量计算方法，包括以下步骤：

a、在枯水期河道流量较小、水深较浅的情况下，测量工程河段浅水情况下多个水面比降，记录最大值、最小值和平均值；

b、在枯水期河道流量较小、水深较浅的情况下，在河道卵砾石透水层中挖坑分析卵砾石透水层深度及宽度；

c、在卵砾石河道边滩接近水边处挖掘边长1～2m的立方体形状试坑，用不透水的塑料胶纸密封试坑边壁和底部，将取得的全部卵砾石用滤网滤干后回填，然后注水直至淹没整个试坑，记录注水体积和试坑体积，求两者的比值得到卵砾石河床透水层孔隙率；

d、将试坑挖出的卵砾石用标准筛分粒径筛选、称重，记录各粒径组重量，分析计算卵砾石床沙颗粒级配；

e、根据工程河段的采样数据，在实验室矩形水槽内按采样级配和孔隙率铺设卵砾石层进行渗流模型试验，记录水槽不同的比降下通过的水流流量，在调节好水槽比降后，关键要记录表层水流降低至卵砾石床面表面时的流量，这个流量就是相应河床比降下卵砾石层中的渗流量；

f、假设Q为卵砾石层的渗流量，渗流量Q与床面比降S成正相关关系，S＝AQ²+BQ，将步骤e中的试验数据带入上式求出参数A、B，再将工程河段实测比降带入上述方程求解得到卵砾石透水层水槽模型中的渗流量，最后按模型相似原理放大得到工程河段的渗流量。

进一步的是，步骤a中测量的比降个数在5个以上，步骤c中测量的试坑在3个以上，取孔隙率的平均值。

进一步的是，步骤e进行渗流模型试验时，在水槽中配制卵砾石试样，要求卵砾石层厚度在床沙级配最大颗粒粒径4倍以上。